介于小分子催化和多相金屬催化之間的金屬納米團(tuán)簇(NCs)催化是一個(gè)新興的研究熱點(diǎn)。盡管它們具有結(jié)構(gòu)上的吸引力，但納米NC的穩(wěn)定性和催化性能普遍較差，使它們無(wú)法用于實(shí)際應(yīng)用。人們已經(jīng)投入了大量的研究通過(guò)定制其組成和結(jié)構(gòu)(如異金屬摻雜、配體工程和尺寸調(diào)節(jié)等)努力來(lái)改善金屬NC的本征催化性質(zhì)，但因?yàn)榻饘俅卦诮M裝過(guò)程中易受外部因素的影響，具有明確結(jié)構(gòu)的金屬NC的可控合成仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。因此，有必要開(kāi)發(fā)新的裁剪方法以實(shí)現(xiàn)具有高活性和穩(wěn)定性的金屬NC納米催化劑的合成。
近日，鄭州大學(xué)臧雙全和王珊等通過(guò)有效的共電聚合策略實(shí)現(xiàn)了在聚咔唑基體(Poly-(Au8-DCP@M)，M=Fe、Co、Ni、Cu和Zn)中用單原子(SA)位點(diǎn)修飾的均勻分散的金屬NC。結(jié)果顯示，與純Au8晶體、自聚合的Poly-Au8、Poly-DCP@Fe和Poly-(Au8-DCP)(共聚合的Au8和DCP)催化劑相比，Poly-(Au8-DCP@Fe)催化劑對(duì)電化學(xué)CO2RR的催化效率顯著提高。其在?0.57 VRHE時(shí)的CO法拉第效率(FE)高達(dá)90.89%；并且Poly-(Au8-DCP@Fe)在該電位下連續(xù)電解6小時(shí)而沒(méi)有發(fā)生明顯的活性下降，且反應(yīng)后材料的形貌和結(jié)構(gòu)仍保持良好。原位光譜表征和理論計(jì)算表明，功能化Fe單原子對(duì)Au8團(tuán)簇的電荷密度和投影態(tài)密度具有調(diào)控作用(這使得它對(duì)CO2的電催化還原活性比單獨(dú)的Au8金屬團(tuán)簇提高了約18.07倍)，電子結(jié)構(gòu)的重新分布不僅加強(qiáng)了關(guān)鍵中間體*COOH的吸附，而且為CO2還原反應(yīng)建立了有利的反應(yīng)途徑。此外，這種將納米團(tuán)簇和單原子固定在交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)上的策略有效地減少了催化過(guò)程中團(tuán)聚導(dǎo)致的性能失活，顯著提升了反應(yīng)穩(wěn)定性。綜上，這種通過(guò)引入額外的SA來(lái)調(diào)控金屬納米效能的方法對(duì)于設(shè)計(jì)高活性的金屬納米催化劑具有重要意義。Single-atom tailored atomically-precise nanoclusters for enhanced electrochemical reduction of CO2-to-CO activity. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-46098-x
